JP2022007660A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機による走行中に内燃機関を始動させたときに内燃機関の高負荷運転を抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置において、走行モード制御部１７６は、蓄電装置から供給される電力で電動機が車両駆動力を発生し、内燃機関が停止する第１走行モードと、当該電動機と内燃機関が車両駆動力を発生する第２走行モードとの切り替えを制御する。走行モード制御部１７６は、第１走行モードにおいて、蓄電装置の放電許容電力の単位時間あたりの変化量が第１閾値以上であり、かつ、蓄電装置のＳＯＣ（StateOfCharge）が第２閾値以下である場合、第２走行モードに切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

特許文献１は、電動機のみを用いた走行を優先させるＣＤモードと、内燃機関を動作させて蓄電装置のＳＯＣを所定の目標に維持するＣＳモードとを備え、蓄電装置の放電許容電力に基づいて内燃機関の始動判定を行うハイブリッド車両を開示する。

特開２０１３－２５２８５３号公報

ハイブリッド車両において、電動機のみが車両駆動力を発生するＥＶ走行中に蓄電装置の放電許容電力が閾値以下に低下すると、内燃機関を始動させ、電動機と内燃機関が車両駆動力を発生するＨＶ走行に切り替える制御が知られている。この制御では、放電許容電力が閾値以下に急速に低下し、かつ、アクセル開度などに応じた駆動力要求が大きい場合、内燃機関に対する出力要求が大きくなり、内燃機関が高負荷運転する可能性がある。排出ガスを抑制する観点などから、内燃機関の高負荷運転を抑制することが望まれる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電動機による走行中に内燃機関を始動させたときに内燃機関の高負荷運転を抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のハイブリッド車両の制御装置は、蓄電装置から供給される電力で電動機が車両駆動力を発生し、内燃機関が停止する第１走行モードと、当該電動機と内燃機関が車両駆動力を発生する第２走行モードとの切り替えを制御する走行モード制御部を備える。前記走行モード制御部は、前記第１走行モードにおいて、前記蓄電装置の放電許容電力の単位時間あたりの変化量が第１閾値以上であり、かつ、前記蓄電装置のＳＯＣ（State Of Charge）が第２閾値以下である場合、前記第２走行モードに切り替える。

本発明によれば、電動機による走行中に内燃機関を始動させたときに内燃機関の高負荷運転を抑制できる。

実施の形態のハイブリッド車両の概略的な構成を示す図である。 図１のＥＣＵにおける走行モード切り替え処理に関する部分のブロック図である。 ＥＶモードからＨＶモードに切り替わるときの実施の形態の放電許容電力とエンジンパワー、比較例の放電許容電力とエンジンパワーの一例を示す図である。 図２の走行モード制御部の第１の走行モード切り替え処理を示すフローチャートである。 図２の走行モード制御部の第２の走行モード切り替え処理を示すフローチャートである。

図１は、実施の形態のハイブリッド車両１の概略的な構成を示す。ハイブリッド車両１は、内燃機関（エンジン）１００、第１電動機１１０、第２電動機１２０、動力分割装置１３０、減速機１４０、蓄電装置１５０、駆動輪１６０、および、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０を備える。

内燃機関１００、第１電動機１１０および第２電動機１２０は、動力分割装置１３０に連結される。ハイブリッド車両１は、内燃機関１００および第２電動機１２０の少なくとも一方からの駆動力によって走行する。内燃機関１００が発生する駆動力は、動力分割装置１３０によって２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して駆動輪１６０へ伝達される経路であり、もう一方は第１電動機１１０へ伝達される経路である。

第１電動機１１０は、動力分割装置１３０によって分割された内燃機関１００の駆動力を受けて発電可能である。第１電動機１１０によって発電された電力に基づいて、蓄電装置１５０が充電される。

第２電動機１２０は、蓄電装置１５０に蓄えられた電力および第１電動機１１０により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、第２電動機１２０の駆動力は、減速機１４０を介して駆動輪１６０に伝達される。

車両の制動時等には、減速機１４０を介して駆動輪１６０により第２電動機１２０が駆動され、第２電動機１２０が発電機として作動する。これにより、第２電動機１２０は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第２電動機１２０により発電された電力に基づいて、蓄電装置１５０が充電される。

蓄電装置１５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池を含む。蓄電装置１５０は、第２電動機１２０を駆動する電力を蓄電し、走行用バッテリともよべる。蓄電装置１５０には、第１電動機１１０および第２電動機１２０によって発電された電力が蓄えられる。蓄電装置１５０として、大容量のキャパシタなどを用いることもできる。

ＥＣＵ１７０は、後述するように、図示しない各種センサから供給された各種信号に基づいて走行モードをＥＶモードまたはＨＶモードに切り替える。各種センサは、例えばアクセル開度センサ、車速センサなどを含む。ＥＶモードは第１走行モードともよべる。ＨＶモードは第２走行モードともよべる。ＥＶモードでは、蓄電装置１５０から供給される電力で第２電動機１２０が車両駆動力を発生し、内燃機関１００が停止する。つまりＥＶモードでは、ハイブリッド車両１は第２電動機１２０のみにより走行する。この走行はＥＶ走行ともよべる。ＨＶモードでは、第２電動機１２０と内燃機関１００のそれぞれが車両駆動力を発生する。この走行はＨＶ走行ともよべる。

ＥＣＵ１７０は、アクセル開度と車速に基づいて駆動輪１６０に出力すべき要求トルクを導出し、この要求トルクに対応する駆動力要求にしたがって走行するように、走行モードに応じて内燃機関１００、第１電動機１１０および第２電動機１２０の動作を制御する。ＥＣＵ１７０は、ハイブリッド車両１の制御装置ともよべる。

ＥＣＵ１７０は、例えば、ハイブリッドＥＣＵ、エンジンＥＣＵ、モータＥＣＵ、バッテリＥＣＵなどによって構成され、これらのＥＣＵが互いに通信可能に接続されている。ＥＣＵ１７０の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働により実現できる。ＥＣＵ１７０は、ハードウェア資源としてＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを有する。ＲＯＭは、ソフトウェア資源として各種制御プログラム、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等を記憶している。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。

図２は、図１のＥＣＵ１７０における走行モード切り替え処理に関する部分のブロック図である。ＥＣＵ１７０は、第１導出部１７２、第２導出部１７４、走行モード制御部１７６を含む。

第１導出部１７２は、蓄電装置１５０から出力される電圧ＶＢおよび電流ＩＢに基づいて、蓄電装置１５０のＳＯＣ（State Of Charge）を算出する。ＳＯＣは、蓄電装置１５０の全容量に対する蓄えられている蓄電量の割合であり、残存容量ともよべる。ＳＯＣの導出方法として種々の公知の手法を用いることができる。電圧ＶＢおよび電流ＩＢは、図示しない電圧センサと電流センサによって検出される。

第２導出部１７４は、第１導出部１７２で導出されたＳＯＣ、および、蓄電装置１５０の電池温度ＴＢなどに基づいて放電許容電力Ｗｏｕｔを導出する。電池温度ＴＢは、図示しない温度センサによって検出される。

放電許容電力Ｗｏｕｔの導出方法として種々の公知の手法を用いることができる。たとえば、放電許容電力Ｗｏｕｔは、電池温度ＴＢに基づいて基本値を設定し、ＳＯＣに基づいて補正係数を設定し、設定した基本値に補正係数を乗じることにより導出できる。

放電許容電力Ｗｏｕｔは、例えば電池温度ＴＢが常用域より低い低温域では電池温度ＴＢが低い程小さくなり、電池温度ＴＢが常用域より高い高温域では電池温度ＴＢが高い程小さくなる。放電許容電力Ｗｏｕｔは、例えばＳＯＣが低い領域ではＳＯＣが低い程小さくなる。

ＥＣＵ１７０は、放電電力が放電許容電力Ｗｏｕｔを超えないように蓄電装置１５０の放電を制御する。

走行モード制御部１７６は、第１導出部１７２で導出されたＳＯＣ、第２導出部１７４で導出された放電許容電力Ｗｏｕｔ、および、各種センサから供給された各種信号に基づいて、ＥＶモードとＨＶモードの切り替えを制御する。

ＥＶモードとＨＶモードの切り替えは、基本的には、車速と要求トルクに基づいて走行モードを選択するための駆動力源マップに従って行われる。駆動力源マップにおける所定のラインより低車速側および低要求トルク側がＥＶ走行領域とされ、所定のラインより高車速側および高要求トルク側がＨＶ走行領域とされる。

走行モード制御部１７６は、車速と要求トルクが駆動力源マップにおけるＥＶ走行領域内にあり、蓄電装置１５０のＳＯＣが所定量以上であれば、ＥＶモードに設定する。走行モード制御部１７６は、ＥＶモードにおいて、運転者の車両加速要求などによって車速と要求トルクが駆動力源マップにおけるＥＶ走行領域からＨＶ走行領域に移行したとき、ＨＶモードに切り替える。ＨＶモードに切り替えることは、内燃機関１００を始動させることに相当する。

走行モード制御部１７６は、運転席近傍に設けられた走行モード選択スイッチが運転者により操作され、走行モードとしてＥＶ走行モードが選択された場合、所定の条件が満たされればＥＶモードに切り替えてもよい。

走行モード制御部１７６は、蓄電装置１５０の状態量によってもＥＶモードからＨＶモードに切り替える。具体的には走行モード制御部１７６は、ＥＶモードにおいて、蓄電装置１５０の放電許容電力Ｗｏｕｔの単位時間あたりの変化量の絶対値が第１閾値Ｔｈ１以上であり、蓄電装置１５０のＳＯＣが第２閾値Ｔｈ２以下であり、かつ、放電許容電力Ｗｏｕｔが第３閾値Ｔｈ３以下である場合、駆動力源マップによらず、ＨＶモードに切り替える。放電許容電力Ｗｏｕｔの単位時間あたりの変化量の絶対値が第１閾値Ｔｈ１以上であることは、放電許容電力Ｗｏｕｔの単位時間あたりの減少量が第１閾値Ｔｈ１以上であることでもよい。

走行モード制御部１７６は、ＥＶモードにおいて、放電許容電力Ｗｏｕｔの単位時間あたりの変化量の絶対値が第１閾値Ｔｈ１未満である場合、ＳＯＣが第２閾値Ｔｈ２より大きい場合、または、放電許容電力Ｗｏｕｔが第３閾値Ｔｈ３より大きい場合、走行モードを切り替えない。

走行モード制御部１７６は、ＥＶモードにおいて、放電許容電力Ｗｏｕｔが第４閾値Ｔｈ４以下である場合、放電許容電力Ｗｏｕｔの単位時間あたりの変化量、ＳＯＣおよび駆動力源マップによらず、ＨＶモードに切り替える。第４閾値Ｔｈ４は、第３閾値Ｔｈ３より小さい。

第１閾値Ｔｈ１、第２閾値Ｔｈ２、第３閾値Ｔｈ３および第４閾値Ｔｈ４は、実験やシミュレーションに基づき適宜設定することができる。

走行モード制御部１７６は、ＥＶモードにおいて、ＳＯＣが第５閾値Ｔｈ５以下である場合など、蓄電装置１５０の状態量に関する他の条件が満たされた場合、放電許容電力Ｗｏｕｔと駆動力源マップによらず、ＨＶモードに切り替えてもよい。

次に、ハイブリッド車両１の動作について説明する。
図３は、ＥＶモードからＨＶモードに切り替わるときの実施の形態の放電許容電力ＷｏｕｔとエンジンパワーＰｅ、比較例の放電許容電力Ｗｏｕｔ’とエンジンパワーＰｅ’の一例を示す。実線が実施の形態の放電許容電力ＷｏｕｔとエンジンパワーＰｅを示し、破線が比較例の放電許容電力Ｗｏｕｔ’とエンジンパワーＰｅ’を示す。エンジンパワーＰｅは、内燃機関１００の出力パワーである。図３の横軸は時間である。時刻ｔ２の手前まで、放電許容電力Ｗｏｕｔと放電許容電力Ｗｏｕｔ’は等しいとする。

ＥＶモードで走行中、蓄電装置１５０に蓄えられた電力が第２電動機１２０で消費され、図示しないＳＯＣが低下し、それにより放電許容電力Ｗｏｕｔが低下している。このとき、アクセル開度が比較的大きいこと、車速が比較的高いことなどにより駆動力要求が比較的大きく、大きな駆動力要求に応じた第２電動機１２０のトルクにより、第２電動機１２０の消費電力が比較的大きくなり、時刻ｔ１の前後で放電許容電力Ｗｏｕｔが急速に低下している。

比較例では、放電許容電力Ｗｏｕｔ’の単位時間あたりの変化量とＳＯＣによらず、放電許容電力Ｗｏｕｔ’が第４閾値Ｔｈ４以下であれば内燃機関１００を始動することが実施の形態と異なる。そのため、この条件が満たされた時刻ｔ２で内燃機関１００が始動するが、放電許容電力Ｗｏｕｔ’が第４閾値Ｔｈ４以下であるために第２電動機１２０のトルクは小さく制限され、それを補って駆動力要求を満たすためにエンジンパワーＰｅ’の単位時間あたりの増加量は大きくなり、時刻ｔ３付近でエンジンパワーＰｅ’が最大値に達する。エンジンパワーＰｅ’の最大値が比較的大きいことで、内燃機関１００の排出ガスが増加する。そのため、ＲＤＥ（Real Driving Emission）規制への対応が困難になる可能性がある。

ここで、時刻ｔ２より前の時刻ｔ１において、放電許容電力Ｗｏｕｔの単位時間あたりの変化量の絶対値が第１閾値Ｔｈ１以上になり、ＳＯＣが第２閾値Ｔｈ２以下であり、かつ、放電許容電力Ｗｏｕｔが第３閾値Ｔｈ３以下であると想定する。これにより、実施の形態では、時刻ｔ１にて内燃機関１００が始動し、エンジンパワーＰｅがゼロから増加し、時刻ｔ３付近で最大値に達する。放電許容電力Ｗｏｕｔが急速に低下し始めた時刻ｔ１にて内燃機関１００による発電電力で蓄電装置１５０の充電が開始されるとともに、内燃機関１００により車両駆動力が補われるため、比較例に対して放電許容電力Ｗｏｕｔの低下が抑制される。そのため、第２電動機１２０のトルクの低下も抑制できる。よって、駆動力要求を満たすためのエンジンパワーＰｅの最大値を比較例より低下させることができ、排出ガスも低減できる。

図示しないが、実施の形態では、放電許容電力Ｗｏｕｔの単位時間あたりの変化量の絶対値が第１閾値Ｔｈ１以上であっても、ＳＯＣが第２閾値Ｔｈ２より大きければ、蓄電装置１５０を充電する必要がないため、内燃機関１００が始動しない。この状況は、放電許容電力Ｗｏｕｔが十分に高い場合に生じ得る。また、ＳＯＣの低減以外の温度変化などの要因でも生じ得る。この制御により、ＥＶ走行の時間をより長くできる。

また、図示しないが、実施の形態では、放電許容電力Ｗｏｕｔの単位時間あたりの変化量の絶対値が第１閾値Ｔｈ１以上であり、かつ、ＳＯＣが第２閾値Ｔｈ２以下であっても、放電許容電力Ｗｏｕｔが第３閾値Ｔｈ３より大きければ、内燃機関１００が始動しない。これにより、蓄電装置１５０の電力を有効に利用し、ＥＶ走行の時間をより長くできる。

また、放電許容電力Ｗｏｕｔの単位時間あたりの変化量の絶対値が第１閾値Ｔｈ１より小さければ、放電許容電力Ｗｏｕｔが急速に低下する確率が低いため、比較例と同様に放電許容電力Ｗｏｕｔが第４閾値Ｔｈ４以下になると内燃機関１００が始動する。放電許容電力Ｗｏｕｔが緩やかに第４閾値Ｔｈ４以下に低下する場合、エンジンパワーＰｅの最大値は図３の比較例の最大値より低くなる。

図４は、図２の走行モード制御部１７６の第１の走行モード切り替え処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＶ走行が開始されると実行され、ＨＶ走行が開始されると終了する。

走行モード制御部１７６は、放電許容電力Ｗｏｕｔの単位時間Δｔあたりの変化量ΔＷｏｕｔ／Δｔの絶対値が第１閾値Ｔｈ１以上であり（Ｓ１０のＹ）、ＳＯＣが第２閾値Ｔｈ２以下であり（Ｓ１２のＹ）、放電許容電力Ｗｏｕｔが第３閾値Ｔｈ３以下であれば（Ｓ１４のＹ）、ＥＶモードからＨＶモードに切り替え（Ｓ１６）、処理を終了する。

Ｓ１０において変化量ΔＷｏｕｔ／Δｔの絶対値が第１閾値Ｔｈ１以上でなければ（Ｓ１０のＮ）、Ｓ１０に戻る。Ｓ１２においてＳＯＣが第２閾値Ｔｈ２以下でなければ（Ｓ１２のＮ）、Ｓ１０に戻る。Ｓ１４において放電許容電力Ｗｏｕｔが第３閾値Ｔｈ３以下でなければ（Ｓ１４のＮ）、Ｓ１０に戻る。

図５は、図２の走行モード制御部１７６の第２の走行モード切り替え処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＶ走行が開始されると、第１の走行モード切り替え処理と並行して実行され、ＨＶ走行が開始されると終了する。

走行モード制御部１７６は、放電許容電力Ｗｏｕｔが第４閾値Ｔｈ４以下であれば（Ｓ２０のＹ）、ＥＶモードからＨＶモードに切り替え（Ｓ２２）、処理を終了する。放電許容電力Ｗｏｕｔが第４閾値Ｔｈ４以下でなければ（Ｓ２０のＮ）、Ｓ２０に戻る。

実施の形態によれば、放電許容電力Ｗｏｕｔの単位時間あたりの減少量の増加にもとづいてＨＶモードに切り替えるので、放電許容電力Ｗｏｕｔが第４閾値Ｔｈ４以下に低下する前に、放電許容電力Ｗｏｕｔの急速な低下を予測して内燃機関１００を始動できる。比較例に対して、内燃機関１００の始動タイミングが早いので、エンジンパワーＰｅの最大値を低下させることができる。よって、ＥＶ走行中に駆動力要求の急増とＳＯＣの枯渇が重なり内燃機関１００を始動させたとき、内燃機関１００の高負荷運転を抑制できる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態はあくまでも例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

たとえば、実施の形態ではＨＶモードに切り替える判定に第３閾値Ｔｈ３を用いたが、第３閾値Ｔｈ３を用いなくてもよい。つまり、走行モード制御部１７６は、ＥＶモードにおいて、放電許容電力Ｗｏｕｔの単位時間あたりの変化量の絶対値が第１閾値Ｔｈ１以上であり、かつ、ＳＯＣが第２閾値Ｔｈ２以下である場合、ＨＶモードに切り替えてもよい。この変形例では、判定処理を簡素化できる。

また、ハイブリッド車両１は、外部電源により蓄電装置１５０を充電できるプラグインハイブリッド車両であってもよい。

１…ハイブリッド車両、１００…内燃機関、１１０…第１電動機、１２０…第２電動機、１５０…蓄電装置、１７０…ＥＣＵ、１７２…第１導出部、１７４…第２導出部、１７６…走行モード制御部。

Claims (1)

1. 蓄電装置から供給される電力で電動機が車両駆動力を発生し、内燃機関が停止する第１走行モードと、当該電動機と内燃機関が車両駆動力を発生する第２走行モードとの切り替えを制御する走行モード制御部を備え、
   前記走行モード制御部は、前記第１走行モードにおいて、前記蓄電装置の放電許容電力の単位時間あたりの変化量が第１閾値以上であり、かつ、前記蓄電装置のＳＯＣ（State Of Charge）が第２閾値以下である場合、前記第２走行モードに切り替える、
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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